Pri akom stave bikonvexné šošovky pomáhajú? Optický systém oka

Kto by nepoznal obyčajnú lupu, podobnú zrnku šošovice. Ak sa takéto sklo – nazýva sa aj bikonvexná šošovka – umiestni medzi predmet a oko, potom sa obraz predmetu zdá byť pozorovateľovi niekoľkonásobne zväčšený.

Aké je tajomstvo takéhoto nárastu? Ako vysvetliť, že objekty sa nám pri pohľade cez bikonvexnú šošovku zdajú väčšie, ako je ich skutočná veľkosť?

Aby sme dobre pochopili príčinu tohto javu, musíme si pamätať, ako sa šíria lúče svetla.

Každodenné pozorovania nás presviedčajú, že svetlo sa šíri priamočiaro. Spomeňte si napríklad na to, ako ich niekedy slnko skryté v oblakoch preráža priamymi, dobre viditeľnými lúčmi lúčov.

Sú však lúče svetla vždy priame? Ukazuje sa, že nie vždy.

Urobte napríklad takýto experiment.

V okenici, ktorá tesne zakrýva okno vašej izby, urobte Obr. 6< прямолинейный

Malá diera. Lúč svetla, lúč svetla, dopadajúci na iného -

Po prechode cez túto dieru „prechádzam prostredím – do vody, Z –

Kreslí "v tmavej miestnosti priamo - mení svoj smer,

G" a 1 je lomené,

Lineárna stopa. Ale nasaďte si

Cesta lúča k nádobe s vodou a uvidíte, že lúč, ktorý dopadne na vodu, zmení svoj smer, alebo, ako sa hovorí, "láme" (obr. 6).

Lom svetelných lúčov teda možno pozorovať, keď vstupujú do iného prostredia. Takže pokiaľ sú lúče vo vzduchu, sú priamočiare. Ale akonáhle sa v ich ceste stretne s iným médiom, napríklad vodou, svetlo sa láme.

Ide o rovnaký lom, aký zažíva lúč svetla v prípade, keď prechádza cez bikonvexnú lupu. V tomto prípade šošovka zbiera svetelné lúče
do úzkeho zahroteného lúča (to mimochodom vysvetľuje skutočnosť, že pomocou lupy, ktorá zbiera lúče svetla do úzkeho lúča, môžete na slnku zapáliť cigarety, papier atď.).

Prečo však šošovka zväčšuje obraz predmetu?

Tu je dôvod. Pozrite sa voľným okom na predmet, napríklad list stromu. Lúče svetla sa odrážajú od listu a zbiehajú sa vo vašom oku. Teraz umiestnite medzi oko a list bikonvexnú šošovku. Svetelné lúče prechádzajúce šošovkou sa budú lámať (obr. 7). Ľudskému oku sa však nezdajú zlomené. Pozorovateľ stále cíti priamosť lúčov svetla. Zdá sa, že v nich pokračuje ďalej, za šošovku (pozri bodkované čiary na obr. 7) a objekt pozorovaný cez bikonvexnú šošovku sa pozorovateľovi zdá zväčšený!

Čo sa stane, ak lúče svetla namiesto toho, aby dopadli do oka pozorovateľa, pokračujú ďalej

Ďaleko? Po prekrížení v jednom bode, ktorý sa nazýva ohnisko šošovky, sa lúče opäť rozídu. Ak im na cestu položíme zrkadlo, uvidíme v ňom zväčšený obraz toho istého listu (obr. 8). Predstaví sa nám však v prevrátenej podobe. A to je celkom pochopiteľné. Svetelné lúče totiž po prekrížení v ohnisku šošovky idú ďalej v rovnakom priamočiarom smere. áno

Je zrejmé, že v tomto prípade lúče z hornej časti listu smerujú nadol a lúče vychádzajúce z jeho základne sa odrážajú v hornej časti zrkadla.

Táto vlastnosť bikonvexnej šošovky - schopnosť zbierať lúče svetla v jednom bode - sa využíva vo fotografickom prístroji.

USE kodifikátor témy: šošovky

Lom svetla je široko používaný v rôznych optické prístroje: fotoaparáty, ďalekohľady, ďalekohľady, mikroskopy. . . Neodmysliteľnou a najpodstatnejšou súčasťou takýchto zariadení je objektív.

Objektív - ide o opticky priehľadné homogénne teleso, ohraničené na oboch stranách dvoma guľovými (alebo jedným guľovým a jedným plochým) povrchom.

Šošovky sú zvyčajne vyrobené zo skla alebo špeciálnych priehľadných plastov. Keď už hovoríme o materiáli šošovky, budeme to nazývať sklo - nehrá osobitnú úlohu.

Bikonvexná šošovka.

Uvažujme najprv šošovku ohraničenú na oboch stranách dvoma vypuklými guľovými plochami (obr. 1). Takáto šošovka je tzv bikonvexné. Našou úlohou je teraz pochopiť priebeh lúčov v tejto šošovke.

Najjednoduchší spôsob je s lúčom hlavná optická os- osi súmernosti šošovky. Na obr. 1 tento lúč opúšťa bod . Hlavná optická os je kolmá na obe sférické plochy, takže tento lúč prechádza cez šošovku bez toho, aby sa lámal.

Teraz zoberme lúč prebiehajúci rovnobežne s hlavnou optickou osou. V bode pádu
lúč k šošovke je nakreslený kolmo na povrch šošovky; keď lúč prechádza zo vzduchu do opticky hustejšieho skla, uhol lomu je menší ako uhol dopadu. V dôsledku toho sa lomený lúč približuje k hlavnej optickej osi.

V bode, kde lúč vychádza zo šošovky, sa nakreslí aj normála. Lúč prechádza do opticky menej hustého vzduchu, takže uhol lomu je väčší ako uhol dopadu; Ray
sa opäť láme smerom k hlavnej optickej osi a pretína ju v bode .

Akýkoľvek lúč rovnobežný s hlavnou optickou osou sa teda po lomu v šošovke približuje k hlavnej optickej osi a pretína ju. Na obr. 2 ukazuje, že vzor lomu je dostatočný široký svetelný lúč rovnobežný s hlavnou optickou osou.

Ako vidíte, široký lúč svetla nesústredenýšošovka: čím ďalej od hlavnej optickej osi sa dopadajúci lúč nachádza, tým bližšie k šošovke po lomu pretína hlavnú optickú os. Tento jav sa nazýva sférická aberácia a odkazuje na nevýhody šošoviek - predsa len by som chcel, aby šošovka zmenšila paralelný zväzok lúčov do jedného bodu.

Pomocou je možné dosiahnuť veľmi prijateľné zaostrenie úzky svetelný lúč prechádzajúci v blízkosti hlavnej optickej osi. Potom sférická aberácia takmer nepostrehnuteľné - pozrite sa na obr. 3.

Je jasne vidieť, že úzky lúč rovnobežný s hlavnou optickou osou sa zhromažďuje približne v jednom bode po prechode šošovkou. Z tohto dôvodu je naša šošovka tzv zbieranie.

Bod sa nazýva ohnisko šošovky. Vo všeobecnosti má šošovka dve ohniská umiestnené na hlavnej optickej osi vpravo a vľavo od šošovky. Vzdialenosti od ohnísk k šošovke nemusia byť nevyhnutne rovnaké, ale vždy sa budeme zaoberať situáciami, keď sú ohniská umiestnené symetricky vzhľadom na šošovku.

Bikonkávna šošovka.

Teraz zvážime úplne iný objektív, obmedzený na dva konkávne guľové plochy (obr. 4). Takáto šošovka je tzv bikonkávna. Rovnako ako vyššie, budeme sledovať priebeh dvoch lúčov, riadených zákonom lomu.

Lúč opúšťajúci bod a idúci pozdĺž hlavnej optickej osi sa nelomí - koniec koncov, hlavná optická os, ktorá je osou symetrie šošovky, je kolmá na obe sférické plochy.

Lúč rovnobežný s hlavnou optickou osou sa po prvom lomu začne od nej vzďaľovať (pretože pri prechode zo vzduchu na sklo) a po druhom lomu sa od hlavnej optickej osi vzďaľuje ešte viac (keďže pri prechode od sklo na vzduch).

Bikonkávna šošovka premieňa paralelný lúč svetla na divergentný lúč ( obr. 5) a preto sa nazýva rozptyl.

Pozoruje sa tu aj sférická aberácia: pokračovania rozbiehajúcich sa lúčov sa nepretínajú v jednom bode. Vidíme, že čím ďalej je dopadajúci lúč od hlavnej optickej osi, tým bližšie k šošovke pretína hlavnú optickú os pokračovanie lomeného lúča.

Rovnako ako v prípade bikonvexnej šošovky bude sférická aberácia pre úzky paraxiálny zväzok takmer nepostrehnuteľná (obr. 6). Pokračovanie lúčov rozbiehajúcich sa od šošovky sa pretína približne v jednom bode - v zameraniešošovky .

Ak takýto divergentný lúč vstúpi do nášho oka, potom za šošovkou uvidíme svetelný bod! prečo? Spomeňte si, ako sa obrázok zobrazuje ploché zrkadlo: náš mozog má schopnosť pokračovať v rozbiehaní lúčov, až kým sa nepretnú a nevytvoria na priesečníku ilúziu svietiaceho objektu (tzv. imaginárny obraz). Práve takýto virtuálny obraz umiestnený v ohnisku objektívu uvidíme aj v tomto prípade.

Typy zbiehavých a divergujúcich šošoviek.

Zvažovali sme dve šošovky: bikonvexnú šošovku, ktorá je zbiehavá, a bikonkávnu šošovku, ktorá je divergentná. Existujú aj ďalšie príklady konvergujúcich a divergentných šošoviek.

Kompletná sada zbiehavých šošoviek je znázornená na obr. 7.

Okrem bikonvexných šošoviek, ktoré poznáme, sú tu: plankonvexnýšošovka, ktorej jeden z povrchov je plochý a konkávne-konvexnéšošovka, ktorá kombinuje konkávne a konvexné hraničné plochy. Všimnite si, že v konkávno-konvexnej šošovke je konvexná plocha viac zakrivená (jej polomer zakrivenia je menší); preto zbiehavý efekt konvexnej refrakčnej plochy prevažuje nad rozptylovým efektom konkávnej plochy a šošovka ako celok sa zbieha.

Všetky možné difúzne šošovky sú znázornené na obr. osem .

Spolu s bikonkávnou šošovkou vidíme plankonkávne(ktorého jeden z povrchov je rovný) a konvexno-konkávnešošovka. Konkávny povrch konvexno-konkávnej šošovky je viac zakrivený, takže rozptylový efekt konkávnej hranice prevažuje nad zbiehavým efektom konvexnej hranice a šošovka ako celok je divergentná.

Skúste si sami postaviť dráhu lúčov v tých typoch šošoviek, o ktorých sme neuvažovali, a uistite sa, že sa skutočne zbiehajú alebo rozptyľujú. to skvelé cvičenie, a nie je v tom nič zložité - presne tie isté konštrukcie, ktoré sme urobili vyššie!

Ciele lekcie: formovanie predstáv o stavbe oka a mechanizmoch optického systému oka; objasnenie podmienenosti štruktúry optického systému oka zákonmi fyziky; rozvíjanie schopnosti analyzovať študované javy; rozvíjať starostlivý postoj k vlastnému zdraviu a zdraviu iných.

Vybavenie: tabuľka "Orgán zraku", model "Ľudské oko"; šošovka na zber svetla, šošovka s veľkým zakrivením, šošovka s malým zakrivením, zdroj svetla, karty úloh; na stoloch študentov: šošovka na zber svetla, šošovka na rozptyl svetla, clona so štrbinou, zdroj svetla, clona.

POČAS VYUČOVANIA

Učiteľ biológie.Človek má systém orientácie v okolitom svete - zmyslový systém, ktorý pomáha nielen navigovať, ale aj prispôsobiť sa meniacim sa podmienkam prostredia. V predchádzajúcej lekcii ste sa začali zoznamovať so štruktúrou orgánu videnia. Poďme sa pozrieť na tieto veci. Ak to chcete urobiť, musíte dokončiť úlohu na karte a odpovedať na otázky.

Kontrolné otázky

Prečo človek potrebuje víziu?
Ktorý orgán vykonáva túto funkciu?
- Kde sa nachádza oko?
Vymenujte očné membrány a ich funkcie.
Vymenujte časti oka, ktoré ho chránia pred poranením.

Na doske je stôl Orgán videnia“, na učiteľskom stole - model „Ľudského oka“. Po zozbieraní kartičiek s odpoveďami žiakov učiteľ biológie skontroluje ich vyplnenie spolu so žiakmi, vymenuje a ukáže časti oka na modeli a plagáte.

Študenti dostanú druhú kartu.

Učiteľ biológie. Na základe vedomostí anatomická štruktúra oči, vymenujte, ktoré časti oka môžu vykonávať optickú funkciu.

(Študenti na základe modelu oka dospejú k záveru, že optický systém oka pozostáva z rohovky, šošovky, sklovca a sietnice.)

Učiteľ fyziky. Ktoré optické zariadenie vám pripomína šošovku?

Študenti. Bikonvexná šošovka.

Učiteľ fyziky. Aké typy šošoviek ešte poznáte a aké sú ich vlastnosti?

Študenti. Bikonvexná šošovka je zbiehavá šošovka, t.j. Lúče prechádzajúce šošovkou sa zbiehajú v jedinom bode nazývanom ohnisko. Bikonkávna šošovka je rozptylová šošovka, lúče prechádzajúce šošovkou sú rozptýlené tak, že pokračovanie lúčov sa zhromažďuje v imaginárnom ohnisku.

(Učiteľ fyziky kreslí(ryža. jeden) na tabuli a žiaci v zošite dráhu lúčov v zbernej a rozptylovej šošovke.)

Ryža. 1. Dráha lúčov v konvergujúcich a divergujúcich šošovkách (F - ohnisko)

Učiteľ fyziky. Ako bude vyzerať obraz, ak je objekt za dvojnásobkom ohniskovej vzdialenosti spojky?

(Žiaci si v tomto prípade do zošita zakreslia dráhu lúčov (obr. 2) a dbajú na to, aby bol obrázok zmenšený, skutočný, prevrátený.)

Ryža. 2. Konštrukcia obrazu v zbiehavej šošovke

Frontálny experiment

Na každom stole majú žiaci zbiehavú a divergentnú šošovku, zdroj prúdu, elektrickú žiarovku na stojane, zástenu so štrbinou v tvare písmena G a zástenu.

Učiteľ fyziky vyzve žiakov, aby si vybrali bikonvexné, t.j. zbiehavú šošovku a experimentálne overte, že zbiehavá šošovka poskytuje prevrátený obraz. Študenti zostavia inštaláciu (obr. 3) a pohybom šošovky vzhľadom na obrazovku dosiahnu jasný obraz obráteného písmena G.

(Študenti sú skúsenosťou presvedčení, že obraz je skutočne prevrátený a na obrazovke sa získa zreteľne iba v určitom mieste obrazovky vzhľadom na šošovku..)

Ryža. 3. Inštalačná schéma na demonštráciu dráhy lúčov v zbiehavej šošovke

Učiteľ biológie. Keďže šošovka, rohovka a sklovité telo- ide o zbiehavú šošovku, potom optický systém oka poskytuje prevrátený zmenšený obraz a svet by sme mali vidieť hore nohami. Čo vám umožňuje vidieť veci hore nohami?

Študenti. Normálne a nie prevrátené videnie predmetov je spôsobené ich opakovaným „prevrátením“ v kortikálnej časti vizuálneho analyzátora.

Učiteľ biológie. Dobre vidíme predmety na rôzne vzdialenosti. Môžu za to svaly, ktoré sa pripájajú k šošovke a sťahovaním regulujú jej zakrivenie.

Učiteľ fyziky. Uvažujme experimentálne, ako sa menia vlastnosti šošovky v závislosti od jej zakrivenia. Čím menší je polomer zakrivenia, tým menší ohnisková vzdialenosť, - takéto šošovky sa nazývajú šošovky s krátkym ohniskom, šošovky s malým zakrivením, t.j. s veľkým polomer zakrivenia, sa nazývajú long-focus (obr. 4).

Ryža. 4. Zmena vlastností šošovky v závislosti od jej zakrivenia

Učiteľ biológie. Pri pozorovaní blízkych objektov má šošovka zmenšený polomer zakrivenia a pôsobí ako šošovka s krátkym ohniskom. Pri pozorovaní vzdialených predmetov má objektív zväčšený polomer zakrivenia a funguje ako teleobjektív. V oboch prípadoch je to potrebné na zabezpečenie toho, aby bol obraz vždy zaostrený na sietnicu. Schopnosť jasne vidieť predmety na rôzne vzdialenosti v dôsledku zmeny zakrivenia šošovky sa nazýva akomodácia (študenti si zapisujú definíciu do zošita).

Existujú odchýlky v štruktúre oka alebo v práci šošovky.

Pri krátkozrakosti je obraz zaostrený pred sietnicou v dôsledku nadmerného zakrivenia šošovky alebo predĺženia očnej osi. Pri ďalekozrakosti je obraz zaostrený za sietnicou v dôsledku nedostatočného zakrivenia šošovky alebo skrátenej osi oka.

Učiteľ fyziky. Ktoré šošovky sú potrebné na korekciu krátkozrakosti a ktoré na korekciu ďalekozrakosti?

Študenti. Krátkozrakosť je divergujúca šošovka, ďalekozrakosť je zbiehavá šošovka.

(Učiteľ fyziky demonštrovaním skúseností experimentálne dokazuje platnosť záverov žiakov.)

Učiteľ biológie. Existuje ďalšia odchýlka od normy v prevádzke optického systému ľudské oko je astigmatizmus. Astigmatizmus je nemožnosť konvergencie všetkých lúčov v jednom bode, v jednom ohnisku. Je to spôsobené odchýlkami v zakrivení rohovky od sférického. Cylindrické šošovky sa používajú na korekciu astigmatizmu.

závery

Študenti spolu s učiteľom biológie formulujú základné pravidlá zrakovej hygieny:

- chrániť oči pred mechanickými vplyvmi;
– čítať v dobre osvetlenej miestnosti;
- držte knihu v určitej vzdialenosti (33-35 cm) od očí;
- svetlo by malo dopadať vľavo;
- nemôžete sa nakloniť ku knihe, pretože to môže viesť k rozvoju krátkozrakosti;
- nemôžete čítať v pohybujúcom sa vozidle, pretože. v dôsledku nestability polohy knihy sa ohnisková vzdialenosť neustále mení, čo vedie k zmene zakrivenia šošovky, zníženiu jej elasticity, v dôsledku čoho sa oslabuje ciliárny sval a zhoršuje sa videnie .

bikonvexná šošovka

Plankonvexná šošovka

Charakteristika tenkých šošoviek

V závislosti od foriem existujú kolektívne(pozitívne) a rozptyl(negatívne) šošovky. Do skupiny zbiehavých šošoviek patria spravidla šošovky, pri ktorých je stred hrubší ako ich okraje a do skupiny zbiehavých šošoviek sú šošovky, ktorých okraje sú hrubšie ako stred. Treba poznamenať, že to platí len vtedy, ak je index lomu materiálu šošovky väčší ako index lomu šošovky životné prostredie. Ak je index lomu šošovky nižší, situácia sa obráti. Napríklad vzduchová bublina vo vode je bikonvexná difúzna šošovka.

Šošovky sú charakteristické spravidla svojou optickou mohutnosťou (meranou v dioptriách), prípadne ohniskovou vzdialenosťou.

Pre stavbu optických zariadení s korigovanou optickou aberáciou (predovšetkým chromatická, v dôsledku rozptylu svetla, - achromáty a apochromáty) sú dôležité aj ďalšie vlastnosti šošoviek / ich materiálov, napríklad index lomu, disperzný koeficient, priepustnosť materiálu vo vybranom optický rozsah.

Niekedy sú šošovky/šošovkové optické systémy (refraktory) špeciálne navrhnuté na použitie v médiách s relatívne vysokým indexom lomu (pozri imerzný mikroskop, imerzné kvapaliny).

Typy šošoviek:
Zhromažďovanie:
1 - bikonvexné
2 - plochý-konvexný
3 - konkávne-konvexný (pozitívny meniskus)
Rozptyľovanie:
4 - bikonkávna
5 - plocho-konkávne
6 - konvexno-konkávne (negatívny meniskus)

Konvexno-konkávna šošovka je tzv meniskus a môže byť kolektívne (zahusťuje sa smerom k stredu) alebo rozptylové (zahusťuje sa smerom k okrajom). Meniskus, ktorého polomery povrchu sú rovnaké, má optickú silu, nula(používa sa na korekciu disperzie alebo ako krycia šošovka). Takže šošovky myopických okuliarov sú zvyčajne negatívne menisky.

Charakteristickou vlastnosťou zbiehajúcej šošovky je schopnosť zbierať lúče dopadajúce na jej povrch v jednom bode umiestnenom na druhej strane šošovky.

Hlavné prvky šošovky: NN - hlavná optická os - priamka prechádzajúca stredmi guľových plôch ohraničujúca šošovku; O - optický stred - bod, ktorý sa pre bikonvexné alebo bikonkávne (s rovnakými polomermi povrchu) šošovky nachádza na optickej osi vo vnútri šošovky (v jej strede).
Poznámka. Dráha lúčov je znázornená ako v idealizovanej (plochej) šošovke bez toho, aby naznačovala lom na skutočnej fázovej hranici. Okrem toho je zobrazený trochu prehnaný obraz bikonvexnej šošovky.

Ak je svetelný bod S umiestnený v určitej vzdialenosti pred zbiehavou šošovkou, potom lúč svetla smerujúci pozdĺž osi prejde šošovkou bez toho, aby sa lámal, a lúče, ktoré neprechádzajú stredom, sa budú lámať smerom k optike. os a pretínajú sa na nej v nejakom bode F, ktorý a bude obrazom bodu S. Tento bod sa nazýva konjugované ohnisko, alebo jednoducho zameranie.

Ak na šošovku dopadá svetlo z veľmi vzdialeného zdroja, ktorého lúče môžu byť reprezentované ako pohybujúce sa v paralelnom lúči, potom pri výstupe z šošovky sa lúče lámu pod väčším uhlom a bod F sa bude pohybovať na optike. os bližšie k šošovke. Za týchto podmienok sa nazýva priesečník lúčov vystupujúcich zo šošovky hlavne zameranie F ', a vzdialenosť od stredu šošovky k hlavnému ohnisku - hlavná ohnisková vzdialenosť.

Lúče dopadajúce na rozptylovú šošovku sa pri výstupe z nej budú lámať smerom k okrajom šošovky, to znamená, že budú rozptýlené. Ak tieto lúče pokračujú do opačný smer ako je znázornené na obrázku bodkovanou čiarou, potom sa budú zbiehať v jednom bode F, ktorý bude zameranie tento objektív. Toto zameranie bude imaginárny.

Zjavné ohnisko divergencie šošovky

To, čo bolo povedané o ohnisku na hlavnej optickej osi, platí rovnako pre prípady, keď sa obraz bodu nachádza na vedľajšej alebo naklonenej optickej osi, t. j. priamke prechádzajúcej stredom šošovky pod uhlom k hlavnej osi. optická os. Rovina kolmá na hlavnú optickú os, ktorá sa nachádza v hlavnom ohnisku šošovky, sa nazýva hlavná ohnisková rovina, a v konjugovanom zameraní - len ohnisková rovina.

Zberné šošovky môžu byť nasmerované na objekt z ktorejkoľvek strany, v dôsledku čoho sa lúče prechádzajúce cez šošovku môžu zbierať z jednej alebo z druhej strany. Objektív má teda dve ohniská - vpredu a zadná časť. Sú umiestnené na optickej osi na oboch stranách šošovky v ohniskovej vzdialenosti od stredu šošovky.

Zobrazovanie tenkou zbiehavou šošovkou

Pri popise charakteristík šošoviek sa uvažovalo o princípe konštrukcie obrazu svetelného bodu v ohnisku šošovky. Lúče dopadajúce na šošovku zľava prechádzajú cez jej zadné ohnisko a lúče dopadajúce sprava prechádzajú cez predné ohnisko. Treba poznamenať, že v divergentných šošovkách je naopak zadné ohnisko umiestnené pred objektívom a predné je za ním.

Vytváranie šošovkového obrazu predmetov, ktoré majú určitú formu a rozmery, sa získa takto: povedzme, že čiara AB je objekt umiestnený v určitej vzdialenosti od šošovky, oveľa väčšej ako je jej ohnisková vzdialenosť. Z každého bodu objektu cez šošovku prejde nespočetné množstvo lúčov, z ktorých pre názornosť je na obrázku schematicky znázornený priebeh len troch lúčov.

Tri lúče vychádzajúce z bodu A budú prechádzať šošovkou a pretínajú sa v príslušných úbežných bodoch na A 1 B 1, aby vytvorili obraz. Výsledný obrázok je platné a hore nohami.

V tomto prípade bol obraz získaný v konjugovanom ohnisku v nejakej ohniskovej rovine FF, trochu vzdialenej od hlavnej ohniskovej roviny F'F', prechádzajúcej rovnobežne s ňou cez hlavné ohnisko.

Ak je objekt v nekonečnej vzdialenosti od šošovky, potom sa jeho obraz získa v zadnom ohnisku šošovky F' platné, hore nohami a znížený do podobného bodu.

Ak je objekt blízko objektívu a je vo vzdialenosti väčšej ako dvojnásobok ohniskovej vzdialenosti objektívu, jeho obraz bude platné, hore nohami a znížený a bude umiestnený za hlavným ohniskom v segmente medzi ním a dvojitou ohniskovou vzdialenosťou.

Ak je objekt umiestnený v dvojnásobnej ohniskovej vzdialenosti šošovky, potom je výsledný obraz na druhej strane šošovky v dvojnásobnej ohniskovej vzdialenosti od nej. Získa sa obraz platné, hore nohami a veľkosťou rovnaké predmet.

Ak je objekt umiestnený medzi predné ohnisko a dvojitú ohniskovú vzdialenosť, snímka sa nasníma za hranicou dvojitej ohniskovej vzdialenosti a bude platné, hore nohami a zväčšené.

Ak je objekt v rovine predného hlavného ohniska šošovky, potom lúče, ktoré prejdú šošovkou, pôjdu paralelne a obraz je možné získať iba v nekonečne.

Ak je objekt umiestnený vo vzdialenosti menšej ako je hlavná ohnisková vzdialenosť, potom lúče opustia šošovku v divergentnom lúči bez toho, aby sa kdekoľvek pretínali. Výsledkom je obraz imaginárny, priamy a zväčšené, teda v tomto prípade objektív funguje ako lupa.

Je ľahké vidieť, že keď sa objekt priblíži z nekonečna k prednému ohnisku šošovky, obraz sa vzdiali od zadného ohniska a keď objekt dosiahne rovinu predného zaostrenia, ukáže sa, že je od nej v nekonečne.

Tento vzor má veľký význam v praxi rôzne druhy fotografickú prácu, preto na určenie vzťahu medzi vzdialenosťou od objektu k šošovke a od šošovky k rovine obrazu je potrebné poznať hlavné šošovkový vzorec.

Formula tenkých šošoviek

Vzdialenosti od bodu objektu po stred šošovky a od bodu obrazu po stred šošovky sa nazývajú konjugované ohniskové vzdialenosti.

Tieto veličiny sú na sebe závislé a sú určené vzorcom tzv vzorec tenká šošovka :

kde je vzdialenosť od šošovky k objektu; - vzdialenosť od objektívu k obrázku; je hlavná ohnisková vzdialenosť objektívu. V prípade hrubej šošovky zostáva vzorec nezmenený s jediným rozdielom, že vzdialenosti sa nemerajú od stredu šošovky, ale od hlavných rovín.

Na nájdenie jednej alebo druhej neznámej veličiny s dvoma známymi sa používajú nasledujúce rovnice:

Treba poznamenať, že znaky množstiev u , v , f sú vybrané na základe nasledujúcich úvah - pre skutočný obrázok z skutočný predmet v zbiehavej šošovke – všetky tieto veličiny sú kladné. Ak je obraz imaginárny - vzdialenosť k nemu je záporná, ak je objekt imaginárny - vzdialenosť k nemu je záporná, ak je šošovka divergentná - ohnisková vzdialenosť je záporná.

Mierka obrázka

Mierka obrazu () je pomer lineárnych rozmerov obrazu k zodpovedajúcim lineárnym rozmerom objektu. Tento pomer možno nepriamo vyjadriť ako zlomok , kde je vzdialenosť od šošovky k obrázku; je vzdialenosť od objektívu k objektu.

Tu je redukčný faktor, t. j. číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát sú lineárne rozmery obrazu menšie ako skutočné lineárne rozmery objektu.

V praxi výpočtov je oveľa pohodlnejšie vyjadriť tento pomer pomocou alebo , kde je ohnisková vzdialenosť objektívu.

Výpočet ohniskovej vzdialenosti a optickej mohutnosti šošovky

Šošovky sú symetrické, to znamená, že majú rovnakú ohniskovú vzdialenosť bez ohľadu na smer svetla - vľavo alebo vpravo, čo však neplatí pre iné charakteristiky, ako sú aberácie, ktorých veľkosť závisí od toho, na ktorej strane šošovka je otočená smerom k svetlu.

Kombinácia viacerých šošoviek (centrovaný systém)

Šošovky je možné navzájom kombinovať a vytvárať tak komplexné optické systémy. Optická mohutnosť sústavy dvoch šošoviek možno nájsť ako jednoduchá suma optické mohutnosti každej šošovky (za predpokladu, že obe šošovky možno považovať za tenké a sú umiestnené blízko seba na rovnakej osi):

Ak sú šošovky umiestnené v určitej vzdialenosti od seba a ich osi sa zhodujú (systém ľubovoľného počtu šošoviek s touto vlastnosťou sa nazýva centrovaný systém), potom ich celkovú optickú mohutnosť možno s dostatočnou mierou presnosti zistiť z nasledujúci výraz:

kde je vzdialenosť medzi hlavnými rovinami šošoviek.

Nevýhody jednoduchého objektívu

V moderných fotografických zariadeniach sú na kvalitu obrazu kladené vysoké nároky.

Obraz daný jednoduchým objektívom pre množstvo nedostatkov tieto požiadavky nespĺňa. Odstránenie väčšiny nedostatkov sa dosiahne vhodným výberom množstva šošoviek v centrovanej optickej sústave - objektíve. Snímky zhotovené jednoduchými objektívmi majú rôzne nevýhody. Nevýhody optických systémov sa nazývajú aberácie, ktoré sú rozdelené do nasledujúcich typov:

Geometrické aberácie
Difrakčná aberácia (táto aberácia je spôsobená inými prvkami optického systému a nemá nič spoločné so samotným objektívom).

Šošovky so špeciálnymi vlastnosťami

Organické polymérové šošovky

Kontaktné šošovky

kremenné šošovky

Kremenné sklo - pretavený čistý oxid kremičitý s menšími (asi 0,01 %) prídavkami Al203, CaO a MgO. Vyznačuje sa vysokou tepelnou stabilitou a inertnosťou voči mnohým chemikáliám okrem kyseliny fluorovodíkovej.

Lom svetla je široko používaný v rôznych optických prístrojoch: fotoaparáty, ďalekohľady, teleskopy, mikroskopy. . . Neodmysliteľnou a najpodstatnejšou súčasťou takýchto zariadení je objektív.

Šošovka je opticky priehľadné homogénne teleso ohraničené na oboch stranách dvoma sférickými (alebo jedným sférickým a jedným plochým) povrchom.

Šošovky sú zvyčajne vyrobené zo skla alebo špeciálnych priehľadných plastov. Keď už hovoríme o materiáli šošovky, budeme to nazývať sklo, nehrá to zvláštnu úlohu.

4.4.1 bikonvexná šošovka

Uvažujme najskôr šošovku ohraničenú na oboch stranách dvoma vypuklými guľovými plochami (obr. 4.16). Takáto šošovka sa nazýva bikonvexná šošovka. Našou úlohou je teraz pochopiť priebeh lúčov v tejto šošovke.

Ryža. 4.16. Refrakcia v bikonvexnej šošovke

Najjednoduchšia situácia je s lúčom pohybujúcim sa pozdĺž hlavnej optickej osi osi symetrie šošovky. Na obr. 4.16 tento lúč opúšťa bod A0 . Hlavná optická os je kolmá na obe sférické plochy, takže tento lúč prechádza cez šošovku bez toho, aby sa lámal.

Teraz zoberme lúč AB, prebiehajúci rovnobežne s hlavnou optickou osou. V bode B lúča dopadajúceho na šošovku sa nakreslí normála MN k povrchu šošovky; keďže lúč prechádza zo vzduchu do opticky hustejšieho skla, uhol lomu CBN je menší ako uhol dopadu ABM. Preto sa lomený lúč BC približuje k hlavnej optickej osi.

V bode C výstupu lúča z šošovky sa kreslí aj normála P Q. Lúč prechádza do opticky menej hustého vzduchu, takže uhol lomu QCD je väčší ako uhol dopadu P CB; lúč sa opäť láme smerom k hlavnej optickej osi a pretína ju v bode D.

Akýkoľvek lúč rovnobežný s hlavnou optickou osou sa teda po lomu v šošovke približuje k hlavnej optickej osi a pretína ju. Na obr. 4.17 ukazuje obrazec lomu dostatočne širokého svetelného lúča rovnobežného s hlavnou optickou osou.

Ryža. 4.17. Sférická aberácia v bikonvexnej šošovke

Ako vidíte, široký lúč svetla nie je zaostrený šošovkou: čím ďalej je dopadajúci lúč od hlavnej optickej osi, tým bližšie k šošovke pretína hlavnú optickú os po lomu. Tento jav sa nazýva sférická aberácia a odkazuje na nedostatky šošoviek, pretože by sme stále chceli, aby šošovka redukovala paralelný zväzok lúčov do jedného bodu5.

Veľmi prijateľné zaostrenie je možné dosiahnuť použitím úzkeho svetelného lúča prechádzajúceho blízko hlavnej optickej osi. Potom je sférická aberácia takmer nepostrehnuteľná, pozrite sa na obr. 4.18.

Ryža. 4.18. Zaostrovanie úzkeho lúča so zbiehavou šošovkou

Je jasne vidieť, že úzky lúč rovnobežný s hlavnou optickou osou sa po prechode cez šošovku zhromažďuje približne v jednom bode F. Z tohto dôvodu je naša šošovka tzv

zbieranie.

5 Presné zaostrenie širokého lúča je skutočne možné, ale na to musí mať povrch šošovky skôr zložitejší než sférický tvar. Brúsenie takýchto šošoviek je časovo náročné a nepraktické. Je jednoduchšie vyrobiť sférické šošovky a vysporiadať sa s vznikajúcou sférickou aberáciou.

Mimochodom, aberácia sa nazýva sférická práve preto, že vzniká v dôsledku výmeny optimálne zaostrujúcej zložitej nesférickej šošovky jednoduchou sférickou.

Bod F sa nazýva ohnisko šošovky. Vo všeobecnosti má šošovka dve ohniská umiestnené na hlavnej optickej osi vpravo a vľavo od šošovky. Vzdialenosti od ohnísk k šošovke nemusia byť nevyhnutne rovnaké, ale vždy sa budeme zaoberať situáciami, keď sú ohniská umiestnené symetricky vzhľadom na šošovku.

4.4.2 Bikonkávna šošovka

Teraz budeme uvažovať o úplne inej šošovke, ohraničenej dvoma konkávnymi guľovými plochami (obr. 4.19). Takáto šošovka sa nazýva bikonkávna šošovka. Rovnako ako vyššie, budeme sledovať priebeh dvoch lúčov, riadených zákonom lomu.

Ryža. 4.19. Refrakcia v bikonkávnej šošovke

Lúč opúšťajúci bod A0 a idúci pozdĺž hlavnej optickej osi sa nelomí, pretože hlavná optická os, ktorá je osou symetrie šošovky, je kolmá na oba sférické povrchy.

Lúč AB, rovnobežný s hlavnou optickou osou, sa po prvom lomu začne od nej vzďaľovať (pretože pri prechode zo vzduchu na sklo \CBN< \ABM), а после второго преломления удаляется от главной оптической оси ещё сильнее (так как при переходе из стекла в воздух \QCD >\PCB). Bikonkávna šošovka premieňa paralelný lúč svetla na divergentný lúč (obr. 4.20) a preto sa nazýva divergujúca.

Ryža. 4.20. Sférická aberácia v bikonkávnej šošovke

Rovnako ako v prípade bikonvexnej šošovky bude sférická aberácia pre úzky paraxiálny zväzok takmer nepostrehnuteľná (obr. 4.21). Predĺženia lúčov rozbiehajúcich sa od šošovky sa pretínajú približne v jednom bode v ohnisku šošovky F.

Ryža. 4.21. Lom úzkeho lúča v divergencii šošovky

Ak takýto divergentný lúč vstúpi do nášho oka, potom za šošovkou uvidíme svetelný bod! prečo? Pamätajte si, ako sa obraz objavuje v plochom zrkadle: náš mozog má schopnosť pokračovať v rozbiehaní lúčov, až kým sa nepretnú a nevytvoria ilúziu svietiaceho objektu v priesečníku (tzv. imaginárny obraz). Práve takýto virtuálny obraz umiestnený v ohnisku objektívu uvidíme aj v tomto prípade.

Okrem nám známej bikonvexnej šošovky sú tu zobrazené: plankonvexná šošovka, v ktorej je jeden z povrchov plochý, a konkávno-konvexná šošovka, ktorá kombinuje konkávne a konvexné hraničné povrchy. Všimnite si, že v konkávno-konvexnej šošovke je konvexná plocha viac zakrivená (jej polomer zakrivenia je menší); preto zbiehavý efekt konvexnej refrakčnej plochy prevažuje nad rozptylovým efektom konkávnej plochy a šošovka ako celok sa zbieha.

Všetky možné difúzne šošovky sú znázornené na obr. 4.23.

Ryža. 4.23. Divergentné šošovky

Spolu s bikonkávnou šošovkou vidíme plankonkávnu (ktorej jeden z povrchov je plochý) a konvexne konkávnu šošovku. Konkávny povrch konvexno-konkávnej šošovky je viac zakrivený, takže rozptylový efekt konkávnej hranice prevažuje nad zbiehavým efektom konvexnej hranice a šošovka ako celok je divergentná.

Skúste si sami postaviť dráhu lúčov v tých typoch šošoviek, o ktorých sme neuvažovali, a uistite sa, že sa skutočne zbiehajú alebo rozptyľujú. Toto je skvelé cvičenie a nie je v ňom nič ťažké presne tie isté konštrukcie, aké sme robili vyššie!